Nový materiál na samoliečbu, uhlík-negatívny materiál by mohol pomôcť bojovať proti klimatickým zmenám

Biológia môže byť často konečnou inšpiráciou dizajnu. Najnovší inžinieri na MIT boli schopní vziať list z prírodnej knižky, aby navrhli materiál, ktorý sa sám uzdraví. a uhlík-negatívny. Je to vítaný nový nástroj v boji proti klimatickým zmenám a mohol by jedného dňa nahradiť materiály, ktoré sú náročné na emisie, ako je betón, oveľa alternatívou, ktorá je šetrnejšia k životnému prostrediu.

V novej štúdii publikovanej v Pokročilé materiály, chemickí inžinieri demonštrovali, ako navrhnúť materiál schopný čerpať oxid uhličitý z ovzdušia zo vzduchu a potom ho použiť na rast a opravu. Štúdia, vedená profesorom Michaelom Stranom na MIT, prelomí bariéry v oblasti materiálovej vedy s lacným, jednoducho vyrobiteľným, samo-opravujúcim polymérom, ktorý potrebuje minimálny materiál.

„Náš materiál nepotrebuje nič iné ako atmosférický oxid uhličitý a okolité svetlo, ktoré sú všadeprítomné,“ vysvetľuje spoluautor Seonyeong Kwak obrátený e-mailom.

Vlastné samoliečebné vlastnosti sa často zdajú byť dramatickými zázrakmi vyhradenými pre svet zvierat, napríklad gekómi, ktorí rastú dozadu a hviezdice rastú celé končatiny (alebo ešte divokejšie, končatiny, ktoré rastú dozadu). celé telo). Ľudstvo sa fušovalo do regenerácie, podarilo sa mu navrhnúť mäkké roboty, ktorí sa môžu opraviť a samo-uzdravujúci telefónny povlak ukončiť nočnú moru rozbitých obrazoviek. Ale predchádzajúce metódy často vyžadujú externý vstup, ako je UV svetlo, kúrenie alebo chemická úprava. Tento nový polymér má oveľa nižšiu údržbu a má ľahko dostupný, bohatý zdroj energie: oxid uhličitý.

Chloroplasty s obsahom uhlíka sú kľúčom

„Predstavte si syntetický materiál, ktorý by mohol rásť ako stromy, vziať uhlík z oxidu uhličitého a začleniť ho do chrbtice materiálu,“ vysvetľuje Strano v tlačovej správe.

Tým, že využil výhody chloroplastov, ktoré sú súčasťou rastlín, ktoré zbierajú a premieňajú svetlo na energiu, to umožnil tím Strano.

Suspenzia v hydrogéli je polymér nazývaný aminopropylmetakrylamid (APMA), stabilizované chloroplasty odstránené zo špenátu a enzým nazývaný glukózaoxidáza (GOx). Keď sú chloroplasty vystavené slnečnému žiareniu, produkujú glukózu. Potom sa enzým GOx rozbehne a glukóza sa premení na glukonolaktón (GL), ktorý reaguje s APMA, aby sa vytvoril kruh, čím sa vytvorí samotný materiál, ktorý tvorí samotný hydrogél, polymetakrylamid obsahujúci glukózu (GPMAA). Výskumníci môžu doslova vidieť, že materiál rastie do tuhej formy z kvapalnej formy.

Aj keď sú kľúčom k polyméru a sú atraktívne pre ich hojnosť, chloroplasty tiež predstavovali náročné konštrukčné otázky. Ako biologické zložky nie sú chloroplasty motivované k tomu, aby fungovali, keď sú oddelené od svojich rastlinných domov - po odstránení ich fotosyntetizačné schopnosti trvajú len niekoľko hodín až deň, maximálne. Pre túto chvíľu chemická liečba chloroplastov zvýšila stabilitu a produkciu glukózy, ale výskumníci dúfajú, že prejdú na nebiologickú alternatívu.

Vlastné liečenie pre udržateľnosť

S rastúcou naliehavosťou vyvíjať udržateľnejšie spôsoby života má polymér sľub, že pomôže obnoviť myslenie o udržiavaní vybudovaného prostredia okolo nás.

„Naša práca ukazuje, že oxid uhličitý nemusí byť len záťažou a nákladom,“ hovorí Strano. „Je to tiež príležitosť v tomto ohľade. Všade je uhlík. Staviame svet s uhlíkom. Ľudia sú z uhlíka. Vytváranie materiálu, ktorý umožňuje prístup k bohatému uhlíku všade okolo nás, je významnou príležitosťou pre materiálovú vedu. Takýmto spôsobom sa naša práca zaoberá výrobou materiálov, ktoré nie sú len uhlíkovo neutrálne, ale uhlíkovo negatívne. “

Tento materiál nie je dostatočne silný na výstavbu vo veľkom meradle, ale krátkodobé aplikácie, ako napĺňanie trhlín alebo samo-liečivých náterov, by sa mohli realizovať už za 1-2 roky.

„Veda o materiáloch nikdy nič také nevyrobila,“ povedal Strano MIT News, „Tieto materiály napodobňujú niektoré aspekty niečoho živého, aj keď nie sú reprodukované.“